• Facebook
  • Instagram
  • KONTAKT
  • ANNONCERING
  • OM KEMIFOKUS
  • PARTNERLOGIN

KemiFOKUS

Fokus på kemi

  • Analytisk kemi
  • Arbejdsmiljø/Indeklima
  • Biokemi
  • Bioteknologi
  • Branchenyt
  • Energi
  • Fødevarekemi
  • Historisk kemi
  • Kemiteknik
  • Kemometri
  • Klikkemi
  • Klima og miljø
  • Lovgivning og patenter
  • Medicinalkemi
  • Nanoteknologi
  • Organisk kemi
  • Link til Klimateknologi

Fødevarekemi07. 06. 2022 | heidit

Kernemagnetisk resonans som redskab til at monitorere lipidoxidation i fødevareindustrien

Fødevarekemi07. 06. 2022 By heidit

Lipidoxidation er en af de vigtigste årsager til at forkorte levetiden af fødevareemulsioner, der er rige på umættede fedtsyrer, især på grund af dannelsen af off-flavor. Ved måling af forskellige lipidoxidationsprodukter kan kernemagnetisk resonans (NMR) spektroskopi give indsigt i mekanismerne.

Artiklen har været bragt i Dansk Kemi nr. 3, 2022 og kan læses uden illustrationer, strukturer og ligninger herunder.

Læs originalartiklen her

Af Marie Hennebelle1, Vincent Boerkamp1, Donny Merkx1,2,3 og John van Duynhoven2,3

1 Wageningen University & Research, Laboratory of Food Chemistry, Holland
2 Unilever Food Innovation Centre, Holland
3 Wageningen University & Research, Laboratory of Biophysics, Holland

Industrielle tilgange til at forhindre lipidoxidation omfatter typisk kølekædeopbevaring, sofistikeret emballage og brugen af kunstige antioxidanter (E-numre). Men for at imødekomme den stigende efterspørgsel fra forbrugere efter mere bæredygtige og naturlige fødevarer, er der et behov for, at der udvikles nye strategier. Denne udvikling er i øjeblikket hæmmet af manglen på hurtige (high-throughput) analysemetoder, der kan give mekanistisk indsigt i de reaktioner, der er i spil. I denne henseende kan NMR-spektroskopi bruges til at identificere og kvantificere forskellige oxidationsprodukter.

Måling af forskellige oxidationsreaktioner 
Lipidoxidation er hovedsageligt styret af radikale kædereaktioner (figur 1). Ved primær oxidation udvindes et (bis)allylbrinte fra en umættet fedtsyre, hvilket giver et alkylradikal, der reagerer hurtigt med oxygen til dannelse af et peroxylradikal. Denne peroxylgruppe vil yderligere reagere med en anden umættet fedtsyre og på den ene side producere et nyt alkylradikal, der føder udbredelsescyklussen, og på den anden side et hydroperoxid, også omtalt som det primære produkt af lipidoxidation. I et senere stadie af lipidoxidationen resulterer nedbrydningen af hydroperoxider i forskellige sekundære oxidationsprodukter, såsom aldehyder og epoxider. Nogle af disse er flygtige og bidrager til dannelsen af off-flavor forbundet med lipidoxidation. Selvom reaktionerne er blevet udførligt beskrevet i olier, tilføjer grænsefladesammensætningen og den kolloide transportmekanisme i fødevareemulsioner en vis kompleksitet [1-3], og reaktionerne i et sådant system er indtil videre endnu ikke kortlagt.
Metoder, der almindeligvis anvendes til at vurdere lipidoxidation i fødevarer, inkluderer peroxidtal, thiobarbitursyre reaktive stoffer (TBARS), para-anisidin og hexanal. Disse analysemetoder er ofte tidskrævende. De formår heller ikke at give et omfattende overblik over lipidoxidationsprodukterne, der kan give indblik i de involverede reaktioner, da de for det meste udelukkende fokuserer på én type oxidationsprodukt. For nylig er NMR fremkommet som et lovende værktøj til at få mere mekanisk indsigt i lipidoxidationsveje. Elektron Spin Resonans (ESR) kan bruges til at kvantificere lipidradikaler dannet på et tidligt stadie, mens NMR-spektroskopi gør det muligt at overvåge dannelsen af flere lipidoxidationsprodukter, såsom hydroperoxider, aldehyder og epoxider (figur 1).

Elektron Spin Resonans (ESR) spektroskopi til måling af det tidlige lipidoxidation stadie
ESR-spektroskopi kan bruges til at monitorere radikaler og er blevet fremført som et lovende værktøj til at vurdere stabiliteten af fødevareemulsioner og effektiviteten af antioxidanter på et tidligt stadie af oxidationen (dvs. inden for timer eller dage afhængig af opbevaringsbetingelserne) sammenlignet med mere konventionelle metoder såsom peroxidtal, som typisk bruges over dage til uger [4]. På grund af deres høje reaktivitet og meget korte levetid (under 10-6 s) [5], påvises lipidradikaler normalt ved brug af en spintrap, der vil reagere med lipidradikalerne og danne et stabilt radikaladdukt, som herefter kan kvantificeres ved ESR. N-tert-butyl-α-phenylnitron (PBN) er en fedtopløselig spintrap, der almindeligvis anvendes til at monitorere autooxidation i fødevarer [6,7].
Ved at kombinere NMR med ESR-spektroskopi opdagede vi, at brugen af spintraps ændrer lipidoxidationsmekanismerne (figur 2). På den ene side hæmmer PBN dannelsen af hydroperoxider ved at fange peroxylradikaler. På den anden side nedbrydes PBN-addukter hurtigt til benzaldehyd, 2-methyl-2-nitrosopropan (MNP) og alkoxylradikaler, hvor de seneste fungerer som forløbere for aldehyder og muligvis andre sekundære produkter. Mens brugen af PBN-spintraps kan bruges til at rangordne effektiviteten af antioxidantruter, udelukker virkningen af PBN på oxidationsreaktionerne mekanistiske undersøgelser [4,8].

NMR-strategier til overvågning af forskellige lipidoxidationsproduktklasser i samme måling
NMR-metodikken har fordele ved at være en meget reproducerbar og hurtig analyse, der ikke kræver autentiske standarder for kvantificering. Når der arbejdes på rene olier eller ekstrakter af fødevarelipider, kan glycerolrygraden i triglycerider bruges som en intern standard. Af disse grunde har 1H NMR tiltrukket sig en del opmærksomhed i løbet af de sidste årtier i undersøgelser af lipidoxidation [9], og metoden har vist sig at give sammenlignelige resultater med de mere konventionelle, men også mere tidskrævende metoder.
En ulempe ved NMR-metoden er dens relativt lave følsomhed, hvilket kan gøre en nøjagtig kvantificering af forbindelser vanskelig, når de er til stede i lav koncentration. For at øge følsomheden kan der anvendes den strategi selektivt at excitere den del af NMR-spektret, der indeholder signaler af interesse. Ved at anvende sådanne selektive excitationssekvenser i 1H NMR-spektroskopi, kan hydroperoxider og aldehyder (dvs. henholdsvis primære og sekundære oxidationsprodukter) kvantificeres med en kvantificeringsgrænse (LOQ) på 0,03 mmol/kg olie [10]. Desuden formåede et studie ikke kun at identificere hydroperoxiderne baseret på deres vigtigste fedtsyreprecursor i vegetabilske olier (dvs. oliesyre, linolsyre og α-linolensyre), men også at generere information om specifikke strukturelle træk, såsom konformation af dobbeltbindingerne (cis eller trans) og positionen af hydroperoxidgruppen inden for (“indre”) eller uden for (“ydre”) dobbeltbindingssystemet (figur 3A).
For en nøjagtig identifikation og kvantificering af forbindelser ved 1H NMR, bør signalerne være fuldt opløst, dvs. ikke overlappe med andre signaler i spektret. Selvom dette ikke er et problem for hydroperoxiderne og aldehyderne, overlapper protonerne fra epoxider, som er en anden vigtig gruppe af oxidationsprodukter, hinanden, men også med de bisallyliske signaler fra flerumættede fedtsyrer [11]. I dette tilfælde kan en todimensional (2D) NMR-tilgang, såsom heteronuclear single quantum coherence (HSQC) anvendes. Ved at give information om både 1H og 13C kemiske skift giver en sådan 2D-tilgang mulighed for adskillelse og kvantificering af epoxider dannet under lipidoxidation (figur 3B) [12].

Fremtidsperspektiver
Den igangværende udvikling af rutineforsøg med NMR-spektroskopi til identifikation og kvantificering af forskellige intermediære lipidoxidationsprodukter vil åbne nye muligheder for at opklare kompleksiteten af lipidoxidationsreaktioner i fødevarer. Metoderne kan bringe ny mekanistisk indsigt i de reaktioner, der er i spil, og bidrage til en tidlig vurdering af oxidativ stabilitet, der kan bruges i udviklingen af nye antioxidantstrategier. Desuden giver disse hurtige og bredtfavnende metoder mulighed for etablering af eksperimentelle databaser, der kan bruges til at generere matematiske modeller til at prædiktere holdbarheden af lipidholdige fødevarer, og dermed bedre forstå den virkning som fødevarernes sammensætning og opbevaringsbetingelser har på holdbarheden [13].

E-mail:
Marie Hennebelle: marie.hennebelle@wur.nl

Referencer
1. McClements D.J., Decker E.A. Lipid Oxidation in Oil-in-Water Emulsions: Impact of Molecular Environment on Chemical Reactions in Heterogeneous Food Systems. Journal of Food Science. 2000;65(8):1270-82.
2. Berton‐Carabin C.C., Ropers M.H., Genot C. Lipid oxidation in oil‐in‐water emulsions: Involvement of the interfacial layer. Comprehensive Reviews in Food Science and Food Safety. 2014;13(5):945-77.
3. Laguerre M., Tenon M., Bily A., Birtić S. Toward a Spatiotemporal Model of Oxidation in Lipid Dispersions: A Hypothesis‐Driven Review. European Journal of Lipid Science and Technology. 2020;122(3):1900209.
4. Merkx D.W.H., Plankensteiner L., Yu Y., Wierenga P.A., Hennebelle M., Van Duynhoven J.P.M. Evaluation of PBN spin-trapped radicals as early markers of lipid oxidation in mayonnaise. Food Chem. 2021;334:127578.
5. Pryor W.A. Free radicals in autoxidation and in aging. Free radicals in molecular biology, aging and disease. 1984:13-41.
6. Velasco J., Andersen M.L., Skibsted L.H. Electron spin resonance spin trapping for analysis of lipid oxidation in oils: inhibiting effect of the spin trap α-phenyl-N-tert-butylnitrone on lipid oxidation. Journal of agricultural and food chemistry. 2005;53(5):1328-36.
7. Velasco J., Andersen M.L., Skibsted L.H. Evaluation of oxidative stability of vegetable oils by monitoring the tendency to radical formation. A comparison of electron spin resonance spectroscopy with the Rancimat method and differential scanning calorimetry. Food Chem. 2004;85(4):623-32.
8. Silvagni A., Franco L., Bagno A., Rastrelli F. Thermoinduced lipid oxidation of a culinary oil: a kinetic study of the oxidation products by magnetic resonance spectroscopies. J Phys Chem A. 2010;114(37):10059-65.
9. Martínez‐Yusta A., Goicoechea E., Guillén M.D. A review of thermo‐oxidative degradation of food lipids studied by 1H NMR spectroscopy: influence of degradative conditions and food lipid nature. Comprehensive Reviews in Food Science and Food Safety. 2014;13(5):838-59.
10. Merkx D.W.H., Hong G.T.S., Ermacora A., Van Duynhoven J.P.M. Rapid quantitative profiling of lipid oxidation products in a food emulsion by 1H NMR. Analytical chemistry. 2018;90(7):4863-70.
11. Xia W., Budge S.M., Lumsden M.D. 1 H-NMR characterization of epoxides derived from polyunsaturated fatty acids. Journal of the American Oil Chemists’ Society. 2016;93(4):467-78.
12. Boerkamp V.J.P., Merkx D.W.H., Wang J., Vincken J-P., Hennebelle M, van Duynhoven JPM. Quantitative assessment of epoxide formation in oil and mayonnaise by 1H-13C HSQC NMR spectroscopy. Food Chem. 2022;In press.
13. Merkx D.W.H., Swager A., van Velzen E.J.J., van Duynhoven J.P.M., Hennebelle M. Quantitative and Predictive Modelling of Lipid Oxidation in Mayonnaise. Antioxidants. 2021;10(2):287.

Skrevet i: Fødevarekemi

Seneste nyt fra redaktionen

Tidobler kapacitet på anlæg til inaktivering af mikroorganismer via UV-lys

BiokemiFødevarekemi03. 10. 2023

Danske Lyras, hvis erstatning for pasteurisering sparer 60 til 80 procent vand og 60 til 90 procent energi i forhold til pasteurisering, lancerer nu sit hidtil største anlæg til raslysering. Anlægget Raslysation Castor tidobler mængden af væske, der behandles i forhold til Lyras’ tidligere anlæg.

Verdens hurtigste mutation har gjort sexlivet hos fårekyllingerne på Hawaii mere stille

Branchenyt02. 10. 2023

Når en fårekylling-han på Hawaii skulle imponerede en hun, sang han med sine vinger, fuldstændig som man kender det fra vores græshopper. Sangen havde dog en utilsigtet effekt, og har resulteret i det, som måske er en verdens hurtigste mutationer - og som i øvrigt har gjort sexlivet for

PFAS i byggeriet – en mulig kilde til miljøforurening

AktueltKlima og miljø02. 10. 2023

Artiklen har været bragt i Dansk Kemi nr. 4, 2023 og kan læses uden illustrationer, strukturer og ligninger herunder. Læs originalartiklen her Af Jane Vaagelund Eriksen, Medico Kemiske Laboratorium ApS Forekomsten af PFAS i miljøet er blevet stærkt belyst i medierne i løbet af de sidste år.

Nyt materiale er langt mere effektiv til at fange corona-virus – skal anvendes til filtre og masker

BiokemiMedicinalkemiTop28. 09. 2023

Et nyt supereffektiv filtermateriale har set dagens lys og det vil, ifølge folkene bag, være noget nær en revolution indenfor ansigtsmasker og filtre til fx ventilationsanlæg. Egentligt var det slet ikke med et nyt filtermateriale for øje, at professor Peter Myers, en forskningsleder inden for

11 kvante-initiativer skal bringe Danmark helt i front indenfor superteknologien

AktueltBranchenyt28. 09. 2023

Verden står lige på nippet at træde ind en tidsalder, hvor kvanteteknologien kan vende op og ned på meget af den hverdag, som vi kender i dag. Kvante-området bliver også omtalt som superteknologi, da det besidder enorme potentialer, og med det som baggrundtæppe, at regeringen har lanceret

God til forskning – men Greater Copenhagen halter efter på pengesiden

BranchenytEnergi25. 09. 2023

Samarbejdsorganisationen Greater Copenhagen, der omfatter Skåne, Halland, Sjælland og Hovedstaden samt de tilhørende 85 kommuner, er kommet langt i at markere sig på forskningsområdet, ikke mindst inden det grønne område. Til gengæld viser en ny analyse, som organisationen selv har iværksat, at

694 potentielt skadelige tilfælde af polymedicin afsløret i et nyt kæmpestudie

AktueltMedicinalkemi25. 09. 2023

Begrebet Polymedicin dækker over, at en patient får mere end én slags medicin. Og det behøver der ikke være noget galt i. Omvendt kan forskellige medicintyper spille sammen på en uheldig måde, der kan betyde alt fra genindlæggelse, længere hospitalsophold - eller ligefrem dødsfald. Nu har et nyt

Ny teknologi skal fjerne parasitter i sildemaden

AktueltFødevarekemi25. 09. 2023

Med 5,5 mio. kroner i tilsagn vil et nyt GUDP-projekt udvikle en teknologi til automatisk detektion og fjernelse af fiskeparasitter i hvidfisk; en opgave, der i dag foretages manuelt. Når projektet i mål, er der lagt op til bedre ressourceudnyttelse og mindre madspild. De danske fiskebestande

De legesyge, selvsikre og skæve mænd vinder talent-konkurrencen på universiteterne

BranchenytTop25. 09. 2023

Det kan godt være, at 12 tals-pigerne suser gennem gymnasiet, og efterladerne drengene lidt fortabte tilbage, men på de naturvidenskabelige videregående uddannelser er det derimod de mandlige studerende, der løber af med sejren, når man udpeger de mest talentfulde. Og det er ikke fordi de

Færre gamle brændeovne og et nyt varslingssystem skal være med til at sikre bedre luft i København

EnergiKlima og miljø25. 09. 2023

I København er der registeret omkring 2.300 brændeovne, der er fra før 2008. De kan se frem ti t blive smidt på porten senere på året. Beslutningen er en del af budgetaftalen, der også indeholder andre tiltag, der skal sikre end bedre luft i landets hovedstad. Således vil man fastholde driften af

Tilmeld Nyhedsbrev

Tilmeld dig til dit online branchemagasin/avis





Få fuld adgang til indlægning af egne pressemeddelelser...
Læs mere her

/Nyheder

  • DENIOS ApS

    Fire lithiumbrande på en måned: Dét var årsagen

  • Busch Vakuumteknik A/S

    Perfekt fastholdelse med moderne vakuumteknologi

  • Mikrolab Aarhus A/S

    Mød Mikrolab’s CarryTherm

  • Busch Vakuumteknik A/S

    Familiefestival i Maulburg

  • DENIOS ApS

    Spar på energiforbruget, når du varmebehandler dine medier

  • LABDAYS – Fagmesse for Laboratorieteknik

    TAK FOR BESØGET…

  • DENIOS ApS

    NYHED: Spar plads i din opbevaring med én ændring

  • Busch Vakuumteknik A/S

    Busch demonstrer den nyeste teknologi indenfor Analytics og R&D på LabDays 2023

  • DENIOS ApS

    Skån din ryg med to redskaber, når du arbejder med farlige medier

  • LABDAYS – Fagmesse for Laboratorieteknik

    Kom til Aarhus 13 og 14 September

Vis alle nyheder fra vores FOKUSpartnere ›

Seneste Nyheder

  • Tidobler kapacitet på anlæg til inaktivering af mikroorganismer via UV-lys

    03.10.2023

  • Verdens hurtigste mutation har gjort sexlivet hos fårekyllingerne på Hawaii mere stille

    02.10.2023

  • PFAS i byggeriet – en mulig kilde til miljøforurening

    02.10.2023

  • Nyt materiale er langt mere effektiv til at fange corona-virus – skal anvendes til filtre og masker

    28.09.2023

  • 11 kvante-initiativer skal bringe Danmark helt i front indenfor superteknologien

    28.09.2023

  • God til forskning – men Greater Copenhagen halter efter på pengesiden

    25.09.2023

  • 694 potentielt skadelige tilfælde af polymedicin afsløret i et nyt kæmpestudie

    25.09.2023

  • Ny teknologi skal fjerne parasitter i sildemaden

    25.09.2023

  • De legesyge, selvsikre og skæve mænd vinder talent-konkurrencen på universiteterne

    25.09.2023

  • Færre gamle brændeovne og et nyt varslingssystem skal være med til at sikre bedre luft i København

    25.09.2023

  • Moderna arbejder videre med mRNA-medicin

    18.09.2023

  • LabDays var atter et stort trækplaster for branchen som mødtes i Aarhus

    18.09.2023

  • Powtec 2023

    18.09.2023

  • På vej mod Danmarks første professor i Citizen Science

    15.09.2023

  • Hænger dårligt indeklima sammen med smitte af fx Covid-19?

    11.09.2023

Alle nyheder ›

Læs Dansk Kemi online

Annoncering i Dansk Kemi

KONTAKT

TechMedia A/S
Naverland 35
DK - 2600 Glostrup
www.techmedia.dk
Telefon: +45 43 24 26 28
E-mail: info@techmedia.dk
Privatlivspolitik
Cookiepolitik